智能浇水小车

陈飞扬　田楠　宋宇航　王映红　彭真　刘汉棋

摘 要：截止到2011年我国高速公路的总里程数达到8.5万公里，期间产生了大量的绿化隔离带。然而，对绿化隔离带的管理的工作量确实相当大，费时费力要占用很大一部分劳动力，尤其是对高速路的绿化隔离带的浇水工作。本项目以此为出发点，控制“智能浇水小车”对大量的高速公路绿化隔离带实施无人智能浇水。通过自主对路径检测，对土壤湿度检测，以及是否在浇水的黄金时段，微控制器通过这些判断，做出相应的反应。“智能浇水小车”就能很好的解决对路中绿化隔离带实施浇水的工作。通过“智能浇水小车”实施无人化的浇水作业，可以很好的控制高速公路的运营成本，减少人力的投入。同时，无人化的管理也越来越符合社会科技的发展方向。由此可见“智能浇水小车”具有很好的商业价值。

关键词：路径检测[1];湿度检测[2];智能浇水

1 研究目标

本作品能在高速路中间绿化隔离带缺水时实施无人智能浇水工作。在时钟模块的初始化中确定，不是中午等高温情况下，小车可对隔离带护栏循迹前进，前进到一定的距离（这个距离可以根据外部按键设备调解），伸出机械手臂，将土壤湿度检测器插入土壤里，如果检测到土壤缺水，则启动浇水装置，对其浇水，如果土壤不缺水，则小车继续前进。

结合了无人化的管理思路，很好的解决了高速路中间绿化带缺水的问题。小车在循迹模块的指引下，可以无需人为开车浇水，这样就减少了人力的投入，而且可以24小时不间断浇水，确保植物不缺水，保证了植物的存活率。因土壤湿度检测器，所检测到的数据需要进行A/D转换，基于成本考虑我们采用STM32F103RBT6为主控芯片，由于STM32F103RBT6本身自带多路A/D转换，且此芯片性能卓越，处理速度快。这样可以直接将数据传输给单片机进行分析，减少了购买A/D转换芯片的钱，提高了整套系统性价比。

2 研究内容

“智能浇水小车”主要有以下6个部分组成：STM32F103RBT6主控部分，电源稳压部分，继电器控制部分，路径检测部分，电机驱动部份和实时时钟芯片部分。通过这几部分的完美配合，实现对高速公路绿化隔离带实施智能化、无人化的浇水作业。以下是系统整体结构框图（图1）。

2.1 电源稳压部分

本系统通过锂电池供电，并用LM2596—3.3V稳压输出33V（图2）和LM2596—5V稳压输出5V（图3）。LM2596系列是美国国家半導体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（123V），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。

2.2 路径检测部分

利用2个红外开关，检测小车距离高速公路绿化隔离带的护栏的距离，以确保小车能够按照路径前进。将红外开关输出的数字量传送给STM32F103RBT6单片机，进行数据处理。

小车前进靠的是两个红外开关，检测小车距离高速公路绿化隔离带的距离。若检测到小车距离近了，则STM32F103RBT6控制小车远离;若检测到小车距离远了，则STM32F103RBT6控制小车靠近。

2.3 电机驱动部分

电机驱动采用L298N芯片，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双桥式驱动器，接受标准TTL逻辑电平信号。

2.4 继电器控制部分

由于浇水电机的工作电压大于5V，STM32F103RBT6控制器的引脚输出电平只有5V。所以采STM32F103RBT6控制继电器，通过继电器控制浇水电机工作。

2.5 实时时钟芯片部分

在本作品上还加有一个DS1302的实时时钟模块，其作用不仅可以提供一个时间显示，还可以根据实际情况如12点到15点期间不适合浇水，DS1302就可以把时间值传给STM32F103RBT6供单片机执行相应的工作。DS1302在外接纽扣电池后，具有系统掉电保存的功能。

3 创新点

（1）减少绿化管理人员，从而减少人力物力的投入，节省资金的投入。

（2）确保高速公路中间绿化隔离带的植物不会缺水。

（3）无人操作，浇水小车自动循迹前进，隔一定距离（这个距离可有外部按键设定）自动检测土壤是否缺水，如果检测到土壤缺水，则执行自动浇水工作;如果不缺水，则小车继续前进。

参考文献：

[1]党宏社.智能车辆系统发展及其关键技术概述[J].公路交通科技，2002（4）.

[2]陈铁军.智能控制理论及应用.清华大学出版社，2009.1.